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里禾水庫漿砌石拱壩安全復核及除險加固防滲處理

文檔作者：楊武1 譚劍波2 甘雪峰3 文檔來源： 1．貴州黔水工程監(jiān)理有限責任公司 2．楊凌職業(yè)技術學院 3．西北農林科技大學		點擊數：	更新時間： 2021年08月05日
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第52卷第7期
2016年7月
甘肅水利水電技術
GANSU WATER RESOURCES ANDHYDROPOWER TECHNOLOGY
V01．52．No．7
Jul．，2016
·設計與研究·
里禾水庫漿砌石拱壩安全復核及除險加固防滲處理
楊武1，譚劍波2，甘雪峰3
(1．貴州黔水工程監(jiān)理有限責任公司，貴州貴陽550002；
2．楊凌職業(yè)技術學院，陜西楊凌712100；
3．西北農林科技大學，陜西楊凌712100)
摘要：里未水庫高水位運行中，存在壩體滲漏、I、Ⅱ期接觸帶滲漏、溶蝕通道、防洪能力不足等問題。為消除水庫安全
隱患，根據滲漏現(xiàn)狀和對鉆探巖芯資料的分析，結合壩體應力分析和左、右岸拱座穩(wěn)定性復核結果，優(yōu)選充填灌漿為
主，輔以加高增厚的除險加固方案。補強防滲處理后，經測試，40個試驗段透水率均能有效控制在5 Lu范圍，壩體密
實度和砌石強度得到增強，大壩整體運行狀況得到改善，水庫應有效益發(fā)揮良好。
關鍵詞：砌石拱壩；拱座；透水率；充填灌漿；除險加固
中圖分類號：TV698．2+3 文獻標志碼：B 文章編號：2095—0144(2016)07—0030—04
1 工程概況
里禾水庫位于貴州凱里市舟溪鎮(zhèn)里禾村鴨塘
河上游，距凱里市區(qū)28 km。工程主要任務以農業(yè)
灌溉和向凱里市供水為主，兼顧引水發(fā)電和滯蓄洪
水等功能。壩址以上匯水面積35．3 km2，灌溉農田
1 733．3 hm2，總庫容1 480萬m3，為中型水庫。正常
蓄水位810．00 m，校核洪水位813．25 In，死水位
779．50 m。大壩為漿砌石變曲率拱壩，建基面高程
759．50 m，最大壩高56．50 m，壩頂高程815．50 m，壩
底寬10．4 m，頂寬3．5 rfl，壩頂弧長116．15 In。工程于
1977年1月開工，1980年5月I期工程建成投運；
1998年11月Ⅱ期工程續(xù)擴建，2000年06月主體工
程全部竣工，壩高由I期的33．0 m培高到55．50 m，
并于當年11月并網發(fā)電。
2大壩滲漏現(xiàn)狀及滲漏原因分析
(1)水庫大壩壩體滲漏現(xiàn)狀
里禾水庫由于受當時建設技術、資金和標準等
因素的影響，加上歷史條件的制約，不僅分I、Ⅱ兩
期完成，同時屬于典型的“三邊”工程，缺乏完善的地
質勘探資料和科學的規(guī)劃設計。2000年10月下閘
蓄水，蓄水初期大壩各部位運行工況均較好。當庫
水位達到795．50 m高程時，壩體和右岸壩肩與岸坡
接觸部位現(xiàn)庫水滲漏，大壩下游背水面現(xiàn)大面積散
浸濕潤，滲漏點(面)高程為786．50～791．50 m，隨著
庫水位的上升，滲漏點面增多、滲漏量增大，局部滲
漏水還呈滴水或股狀(射出)。當蓄水達正常蓄水位
810．00 m高程，滲水量達0．038 mrs；當蓄水達校核
洪水位813．25 m高程，滲水量達0．042 m3／s?，F(xiàn)場觀
察，散浸、滴水和股狀射流主要發(fā)生在壩體灰漿部
位；右岸壩肩大壩拱冠迎水面，存在多處縱橫交錯裂
縫。滲漏破壞對壩體和壩肩穩(wěn)定性帶來不利影響，將
導致壩體和基巖發(fā)生移位，嚴重威脅到大壩的穩(wěn)定
和安全運行，需進行全面的安全復核，以確定科學合
理的除險加固方案。
(2)壩體滲漏破壞原因分析
查閱工程檔案資料，大壩壩體原設計采用800號
砌石作為壩體填筑材料，100號(MIO)水泥砂漿作為
壩體砌石的膠結材料。受由于當時歷史條件限制，加
上料場選擇不佳，大壩填筑砌石石材其強度絕大部分
只有500～600號，遠低于設計要求。蓄水運行中，由
于砂質泥巖抗風化和抗沖刷能力較弱，且沒有做專門
的抗風化處理，出現(xiàn)了溶坑、溶隙和溶溝在庫水位荷
收稿日期：2016—07—19
基金項目：楊凌職業(yè)技術學院科學研究基金項目(A2016003)
作者簡介：楊武(1960一)，男(侗族)，貴州貴陽人，高級工程師，學士，主要從事水利工程建設與管理，E—mail：tjbl9842@126．com。
萬方數據
第7期楊武，等：里禾水庫漿砌石拱壩安全復核及除險加固防滲處理第52卷
載壓力和沖刷作用下，不斷向下游巖體延伸，隱裂隙
不斷發(fā)育，導致砌石整體強度不斷降低的現(xiàn)象。施工
中沒有嚴格控制水泥砂漿的質量，標號僅達到75號
(M7．5)左右；缺乏整體規(guī)劃，導致較為規(guī)則堅硬砌石
塊體直接用在壩面，而在壩體中部則采用形狀不規(guī)則
的石料進行填充，砌石相互間耦合性不佳，砂漿鋪筑
質量不高，錯層、漏鋪等問題較多，造成砌石間存在較
多縫隙和孑L洞，形成較多滲水通道。另外，蓄水運行時
凍融、凍脹等破壞作用，內部砌石材料強度不斷降低，
從鉆探取芯觀察分析，因壩體滲漏侵蝕、水位升降荷
載應力作用、凍脹和凍融破壞等，導致壩體防滲層及
膠結性能不斷降低，內部裂隙逐漸擴大。砌石材料透
水率僅為3．9～8．2 Lu，壩體內部局部遠超過規(guī)范要求
的5 Lu防滲限制指標。在反復升降溫度應力和凍脹
碳化破壞作用下，壩體砌石材料強度、砂漿膠結性能、
防滲抗凍標號等均不能滿足規(guī)范要求。
3大壩壩體結構整體安全復核
為了準確掌握在不同荷載組合工況下，壩體的
應力分布狀況和整體穩(wěn)定性，對大壩除險加固提供
可靠的數據支撐，運用多拱梁法對里禾水庫漿砌石
大壩壩體的結構應力和穩(wěn)定性進行全面安全復核，
為大壩防滲補強提出經濟、安全的加固處理措施。
3．1拱壩應力分析
采用五向變位調整多拱梁分載法作為強度安全
的衡量標準，按7拱13梁網格布置，拱編號從頂層
到壩基底層依次為N=0～N=6號(j方向)；梁編號從
中心拱冠梁(簡稱：中梁)向左、右拱端對稱編號，即
左1*。左6*、右1。～右6”(i方向)。梁與拱交結點共
64個，其中：外結點共15個(含1個36。虛擬塊結
點)，內結點49個，其計算網絡如圖1所示。
圖1拱梁分載7拱13梁網格示意
3．1．1工程基本特性
上游正常蓄水位810．00 m，相應下游水位
763．20 m；上游校核洪水位813．25 m，相應下游水位
770．60 m；死水位779．50 m，相應下游水位727．30 m。
根據鉆探、試驗資料，大壩壩基巖體為Ⅲ類巖石，彈性
模量1．5×104 MPa，泊松比0．33。大壩壩高56．50 m，
漿砌石容重23 kN／m3，彈性模量1．6×104 MPa，泊松
比0．24，線性膨脹系數8．0×101℃，砌石體導溫系數
2．91 m2／月；水容重9．81 kN／m3，泥沙浮容重8．2
kN／m3，內摩擦角17．5。。根據DL 5077—1997((水工建
筑物荷載設計規(guī)范》中的規(guī)定，選取基本組合(正常
蓄水位8lO．00 m)和特殊組合(校核洪水位813．25)
兩種工況進行結構應力復核和抗滑穩(wěn)定性分析。
3．1．2荷載組合
選擇3種控制性荷載組合進行計算，即基本組
合I(上游正常蓄水位810．00 m+相應下游水位
763．20 m+泥沙壓力、自重及溫降)；基本組合Ⅱ(上
游死水位779．50 m+下游最低尾水位727．30 m+泥
沙壓力、自重及溫升)；特殊組合I(上游校核洪水位
813．25 m+相應下游水位779．50 m+泥沙壓力、自
重及溫升)。
3．1．3計算結果分析
采用多拱梁分載法，計算各荷載組合工況壩面
最大應力、位移，其計算結果見表1所列。
從表1可知，基本組合工況下，壩體最大主壓應
力和主拉應力為4．05 MPa(4拱中梁)和0．64 MPa(4
拱右5梁)；特殊組合工況下，壩體最大主壓應力和
主拉應力為3．67 MPa(1拱中梁)和0．57(4拱左5
梁)，滿足規(guī)范要求的基本組合工況6．1 MPa和特殊
組合工況7．0 MPa的允許值要求。下部拱座局部雖
萬方數據
2016年第7期甘肅水利水電技術第52卷
然存在拉應力，但拉應力均小于《砌石壩設計規(guī)范》
中要求1．0 MPa指標。大壩在各荷載組合工況下，其
所有主壓應力和拉應力均在規(guī)范允許范圍內，滿足
要求。在各荷載組合作用下，壩體和壩基最大徑向
位移發(fā)生在基本組合I工況下，為2．62 cm(1拱中
梁)和0．42 cm(7拱中梁)；最大切向位移發(fā)生在特殊
組合I工況下，為0．31 era(1拱左4梁)和0．23 cm(5
拱右4梁)。壩體和壩基存在徑向和切向位移，需要
對其穩(wěn)定性進行分析。
3．2拱座穩(wěn)定分析
含有裂隙的巖體，潛在滑裂面的摩擦系數
戶0．41，黏聚力c=0．86 MPa。漿砌石容重取23
kN／m3,岸坡拱座揚壓力折減系數“=0．32。采用剛體
極限平衡法，將壩體拱端推力和滲透壓力作為基本
荷載，分析得左、右岸拱座整體穩(wěn)定抗滑安全系數結
果見表2所列。
表2左、右岸拱座整體穩(wěn)定抗滑安全系數計算結果
從表2可知，計算得左、右岸拱座整體穩(wěn)定，基
本組合工況下最小安全系數為3．67(發(fā)生在右岸R2
滑塊)，校核組合工況下最小安全系數為3．59(發(fā)生
在右岸R2滑塊)，均大于規(guī)范規(guī)定的基本組合
K=3．0和特殊組合K=2．5的技術指標，拱座穩(wěn)定性
較好。
4壩體防滲補強加固處理
通過對拱壩應力分布和拱座穩(wěn)定性分析可知，
大壩結構整體穩(wěn)定性較好。針對壩體和壩肩滲漏問
題，經專家共同討論確定：滲漏是由于壩體內部填
筑材料強度不足、砂漿充填密實度不夠、砌石鋪筑
不規(guī)整等因素引起，既存在集中通道滲漏、又存在
分散裂隙滲流。經技術、經濟等方面的綜合比選，推
薦采取以灌漿帷幕為主，輔以堵、截等手段的補強
加固處理方案。
4．1 補強灌漿防滲
(1)堵塞主要滲漏通道
針對壩體內砂漿充填不密實，取芯不完整等問
題，通過在壩體滲漏點、面處采取壩體背水面注漿灌
注大量砂漿進行防滲補強，并用M20砂漿進行重新
萬方數據
第7期楊武，等：里禾水庫漿砌石拱壩安全復核及除險加固防滲處理第52卷
勾縫處理，以充填和堵塞現(xiàn)存的滲漏通道。在壩體
背水面布設4 m×4 m的梅花形灌漿孔，將灌漿套管
管口埋至連結點0．5 m以下(2～3 m)的地方，利用
泵送混凝土管將壓力漿液灌注入壩體孔隙中。為避
免灌注漿液過程中，在壓力作用下滲流通道進一步
擴大影響灌注效果，整個漿液灌注過程中嚴格控制
孔口壓力在0．8 MPa以內，鉆孔方向為水平向下傾
斜15。，并待灌注部位基本不吸漿且穩(wěn)定10 min后
作為灌漿結束控制條件，補強灌漿有效進尺913 m。
(2)加固壩肩滲流破碎巖體
對壩體下游面795．00 m高程以下壩體進行加
厚2．0 m處理，新老壩體間接觸面設置犯0 n'un，間
距3 m，排距2 m的鋼筋網進行錨固。對施工橫縫
做接縫灌漿處理，接縫灌漿面積總計240 m2。右岸
壩肩下游面滲流處，由于當時沒有經過特殊防滲加
固處理，加上后期運行過程中的風化和沖刷作用，
巖體較破碎，出逸水流呈有壓態(tài)勢甚至存在集中涌
射現(xiàn)象，需要對右岸壩肩滲流部位進行防護加固處
理。在滲流出逸部位采取砌筑干砌石擋墻的措施，
即修筑底寬2．5 m，頂寬o．8 111，頂高超出出逸部位
0．5 m的干砌石擋墻。墻體與巖體間間距0．5 m，經
回填直徑小于40 mm砂石料確保滲流水緩慢溢出
墻外。利用干砌石擋墻，一方面可以轉移縫隙灌注
過程中的水壓力，避免巖體因水壓力快速上升而出
現(xiàn)變形、破壞等問題；另一方面，利用擋墻結構，可
以減緩滲流出逸部位處的水流流速，有利于水泥砂
漿在該部位凝結。
待帷幕灌漿結束后，在兩灌注孔間增設一序灌
漿檢查孔，對帷幕灌注效果進行檢查和補強加密，確
保水泥砂漿充填灌注到壩體內部裂隙和填筑砌體內
空隙中進行粘合，形成連續(xù)、完整的防滲帷幕。
4．2壩體補強灌漿防滲應用效果分析
(1)砌體透水率檢測
滲漏處理結束后，為檢測壩體水泥砂漿充填
灌漿效果，根據大壩整體布置共選擇40個試驗段
(上游側12段、下游側20段、中部8段)，對壩體
砌體透水率進行檢測分析，檢測結果表明：40個
試驗段透水率檢測值為2．67。4．72 Lu，均滿足砌
石拱壩透水率5 Lu防滲限值，補強灌漿防滲合格
率達100％。其中，有11個連續(xù)試驗段，其透水率
檢測值低于2．O Lu，達到優(yōu)良防滲水平，防滲加固
效果顯著。
(2)運行效果
2013年，水庫除險加固加厚工程順利竣工并蓄水
運行。運行3年來，壩體量水堰瀕4定的滲漏水量一直為
零。2014年7月初水庫開始進入汛期，水庫維持在超
過正常蓄水位l m的8 11．00 ITI高水位條件下運行達
28d；2015年6月底，水庫維持在813．25m校核高水位
條件下運行達19 d，壩體、壩肩等均未出現(xiàn)滲漏出溢
點，量水堰測定滲漏水量也為零，表明壩體滲漏問題得
到了有效處理，水泥砂漿充填灌漿防滲效果良好。
5結論
里禾水庫大壩由于砌筑材料自身強度不足、砌
筑質量差密實度較低、水泥砂漿與石料間膠結性能
不良存在空隙、砌石局部架空存在縫隙等原因，導致
大壩自投入運行以來，在高水位運行工況下，壩體、
壩基和I、Ⅱ期接觸帶處存在大面積、大流量滲漏問
題，嚴重威脅到大壩的安全穩(wěn)定運行。雖歷經1988
年、1989年等多次壩體補強帷幕灌漿處理，但由于補
強加固方案大多基于局部位置，整體防滲處理不完
善，灌漿防滲效果不理想，滲漏問題依然很嚴重。為
確保大壩運行安全，在對大壩滲漏致因進行分析基
礎上，必須經全面的安全復核評價，以采取合理的除
險加固處理方案，進行全面系統(tǒng)的防滲補強處理。
(1)高水位運行時，壩體串孔、漏水等現(xiàn)象非常
明顯。鉆探取芯分析，壩體砌筑材料強度500～600
號遠低于設計要求的800號，局部透水率遠高于拱
壩5 Lu防滲限值指標。
(2)在3種荷載組合工況下，拱壩主壓應力均未
超過規(guī)范要求的6．1 MPa(基本工況)和7．0 MPa(特殊
工況)的允許值；主拉應力均未超過規(guī)范要求的1．2
MPa；左、右岸拱座整體穩(wěn)定安全系數大于規(guī)范要求
值。拱壩結構具有一定的安全裕度，整體穩(wěn)定性較好。
(3)優(yōu)選投資小、工期短，以灌漿帷幕為主，輔
以堵、截等方法的“上封下堵”補強加固方案。通過灌
注砂漿，以充填壩體內部空洞和裂隙，有效增強壩體
密實度和砌筑石材間的膠結強度。檢測結果表明：40
個試驗段，補強灌漿防滲合格率100％，并歷經多次
高水位蓄水運行考驗，壩后量水堰測定滲漏水量為
零，壩體滲漏問題得到了有效處理。(下轉第37頁)
萬方數據
第7期李曉慶，等：新疆河流護岸工程的防沖結構形式第52卷
示，調查中成功的典型案例為阿拉爾大橋河段上游
左岸一組鋼筋混凝土井柱樁透水丁壩(1992年修
建)，其設計思想較為成熟，工程質量較好。井柱樁
群一次布置，共10道，上游兩道長度較短，后8道丁
壩長度為20一25 m不等，井柱樁深度達到20 m左
右，樁距2 m，中間布設混凝土柵條。壩根處為拋石
防護，并備有石方以便搶險之用。該組透水丁壩在
汛期時對水流的控導較理想，形成較穩(wěn)定、方向一致
和連續(xù)的主流，達到了設計預想。其主要問題是造
價偏高，施工技術要求較高，當時造價為單根丁壩為
150萬元左右。在新疆其他河段上修建的透水丁壩，
從平面整體布置、施工工藝水平、防護理念、單體設
計結構上均與阿拉爾大橋處的透水丁壩群存在較大
差距，在實際應用中也未達到預期防護效果。
順
圖5鋼筋混凝土井柱樁透水丁壩
體丁壩，還是漿砌石砌筑丁壩，均未能實現(xiàn)相互掩
護、調流促淤的作用。主要原因是新疆河流年內洪枯
比大，主流擺動，丁壩間襠部常被水流淘刷造成丁壩
失穩(wěn)。實際調查中順壩結合短丁壩(三角垛，大多為
鉛絲籠結構)形式防護效果較好，在伊犁地區(qū)、巴州
地區(qū)都有較為典型的工程實例。
3結語
(1)文中所述的防沖結構形式均是在特定河段
上，十幾年來經歷了水毀、重建、水毀、再重建的多次
反復，在不斷總結經驗教訓，不斷深入認識河流特性
與演變規(guī)律，不斷進行探索與實踐的基礎上，最終形
成了越來越符合河道演變規(guī)律的護岸防沖結構形式。
(2)在現(xiàn)實中，護岸結構未實現(xiàn)防護效果，很大
程度上是由于對河流治導線及護岸的平面布局重視
不夠，孤立修建工程，不顧整體影響所造成的，在今
后的建設中應該避免。
(3)雖然上述護岸防沖結構形式防護效果好，
實用而有效，但作為以圬工材料為主的傳統(tǒng)護岸
結構形式，顯然不符合“親近自然河流”“自然型河
道”整治理念，集生態(tài)效應、景觀效應與防洪效應為
一體的新型護岸結構是今后探索與實踐的目標。
參考文獻：
在調查中還發(fā)現(xiàn)了在推移質河道上布設透水丁[1]張文捷，王玢，麻夏，等舡河護岸新技術一四面六邊透水
壩的案例，為伊犁喀什河渠首下游防洪段的扁鋼石框架群嗍．北京：中國水利水電出版社，2002．
籠丁壩群，原丁壩長度在10 m內，采用扁鋼進行焊[2]繆吉倫，張永祥·周家俞冶河工程中護岸導流新結構研
接，內拋蟆卵石，均韌冰毀；后丁壩長度改為15～20m，底究綜述陰·長江科學院院報，2011，28(3)：1-4·
戮，薏套銎麓登慧黧}行防護，歷經洪b 1鬻黑毖徽黧中段防洪工程水考驗，防護效果較好，出險率較低。[4]美；纂蓉嘉藉磊主；荔}茹．磊：；i尤'等譯北京：
透水丁壩的推廣主要受到工程造價高的制約， 毳舉出版社，1990． 。。
同時丁壩群的布設、丁壩的結構及透水率選擇等關[5]應強，張幸農，張思和，陳長英．不同粒徑塊石及其組合的
鍵問題，亦缺乏成熟的解決方法與措施。護岸效果叨冰利水運工程學報，2009，31(2)：44-49．
2．5 實體丁壩[6]陳效國，李丕武，謝向文，等．堤防工程新技術【M】．鄭州：黃
實體丁壩，不管是土質心體、砌石護面的傳統(tǒng)實河水利出版社，1998．
(上接第33頁) 能源科學，2006，24(6)：57—60．
參考文獻： [5]于曉巖，王玉娥．山口巖拱壩壩肩穩(wěn)定三維非線性有限元
[1]黃智鑫．新型防浪墻設計【J】．甘肅水利水電技術，2014，50 分析叨．廣東水利水電，2008，37(2)：14—16．
(5)：38-41． [6]李玉起，王明，姜宇．大嶺山水庫漿砌石拱壩除險加固設
[2]楊笑宇，韓吉鵬．蛟河市池水橡膠壩工程復核計算分析叨． 計陰．人民珠江，2013，34(5)：37—38．
吉林水利，2011，31(4)：1-5． [7]張季平．雙曲砌石拱壩壩體密實性不足的補強灌漿處理
[3]朱建華，劉石橋．尾礦壩壩坡穩(wěn)定計算荷載組合的探討陰． 【J】．中國水能及電氣化，2013，9(9)：16—19．
工程建設，2010，42(1)：34—37． [8]李梅華，邵蔚．皮溝水庫大壩滲漏原因及防治對策【J】．水利
[4]陳會芳，李同春，章杭惠．雙河拱壩裂縫成因分析田．水電與建筑工程學報．2010，8f1)：110—111．
萬方數據

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